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研究人員在了解突觸形成方面取得了重大進(jìn)展。他們使用CRISPR技術(shù)觀察突觸囊泡的發(fā)育，發(fā)現(xiàn)突觸成分共享一個共同的運(yùn)輸途徑。這一發(fā)現(xiàn)，加上獨(dú)(空格)特的神經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn)，為神經(jīng)功能和神經(jīng)損傷的潛在治療方法提供了新的見解。
無論是在大腦中還是在肌肉中，神經(jīng)細(xì)胞存在的地方都有突觸。突觸，神經(jīng)元之間的連接，是興奮傳遞過程的基礎(chǔ)，興奮傳遞本質(zhì)上是神經(jīng)元之間的交流。在任何交流過程中，都有一個發(fā)送者和一個接收者:被稱為軸突的神經(jīng)細(xì)胞過程產(chǎn)生并傳遞電信號，從而充當(dāng)信號發(fā)送者。
圖1 磷脂酰肌醇3,5-二磷酸促進(jìn)軸突小泡運(yùn)輸和突觸前組裝
突觸是軸突神經(jīng)末梢(突觸前)和突觸后神經(jīng)元之間的接觸點(diǎn)。在這些突觸中，電脈沖被轉(zhuǎn)換成化學(xué)信使，并被相鄰神經(jīng)元的后突觸接收和感知。信使從稱為突觸囊泡的特殊膜囊中釋放出來。
突觸在傳遞信息的同時，也可以存儲信息。雖然人們對突觸的結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)相當(dāng)了解，但對它們是如何形成的卻知之甚少。
分子藥理學(xué)研究所(FMP)的一個研究小組現(xiàn)在已經(jīng)為這個謎團(tuán)提供了重要的線索。
熒光蛋白揭示突觸囊泡的發(fā)育
為了從一開始就追蹤突觸前的形成，研究人員使用CRISPR基因剪刀將熒光蛋白插入人類干細(xì)胞中，并從修改后的干細(xì)胞中產(chǎn)生神經(jīng)元。多虧了熒光標(biāo)記，研究人員現(xiàn)在能夠直接在顯微鏡下觀察正在發(fā)育的人類神經(jīng)細(xì)胞中新生突觸囊泡的發(fā)育。
突觸囊泡是一種含有信使的膜囊泡，儲存在每個突觸中，將電信號轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號。這些囊泡和腳手架蛋白一起構(gòu)成了突觸前的中心元素，腳手架蛋白告訴突觸囊泡突觸在哪里，鈣通道化學(xué)翻譯電信號。
這三種成分都有自己的基因，因此由不同的蛋白質(zhì)分子組成。由于這個原因，以前認(rèn)為它們也通過不同的途徑最終聚集在一個地方，形成一個功能性突觸。
所有部件一起出發(fā)
然而，研究人員的觀察反駁了這一假設(shè)?！巴挥|囊泡蛋白和所謂的‘活躍區(qū)’蛋白，可能還有將突觸連接在一起的粘附蛋白，共享同一總線，”研究小組負(fù)責(zé)人Volker Haucke教授在描述這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)時說。“這是非常有爭議的。然而，我們在人類神經(jīng)元培養(yǎng)中的數(shù)據(jù)似乎很清楚?！?/div>
但是這些蛋白質(zhì)究竟是如何到達(dá)突觸形成的位置的呢?在他們的研究中，研究人員能夠證明，首先，運(yùn)動蛋白的機(jī)制驅(qū)動軸突運(yùn)輸。根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，主要的驅(qū)動因素是一種被稱為“KIF1A”的驅(qū)動蛋白。這種運(yùn)動蛋白以其與周圍神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)而聞名?！拔覀儜岩蒏IF1A的突變干擾了突觸前蛋白的軸突運(yùn)輸，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，如運(yùn)動障礙、共濟(jì)失調(diào)或精神殘疾，”Volker Haucke解釋說。
此外，研究人員還能夠確定軸突載體的細(xì)胞生物學(xué)特性。這又帶來了另一個驚喜:雖然絕大多數(shù)分泌囊泡來自所謂的高爾基體，但軸突運(yùn)輸囊泡不包含高爾基體標(biāo)記，但與內(nèi)溶酶體系統(tǒng)共享標(biāo)記，內(nèi)溶酶體系統(tǒng)通常參與非神經(jīng)元細(xì)胞中缺陷蛋白的降解。這是一種光學(xué)和高分辨率電子顯微鏡的新組合，使研究人員能夠從超微結(jié)構(gòu)上觀察軸突運(yùn)輸囊泡，使他們能夠描述它們的大小和形狀。
發(fā)現(xiàn)僅存在于神經(jīng)元中的轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞器
“我們的工作表明，神經(jīng)元已經(jīng)發(fā)明了一種新的細(xì)胞器，一種可能是神經(jīng)元獨(dú)(空格)有的運(yùn)輸細(xì)胞器，”FMP的博士后、該研究發(fā)表在《Science》雜志上的主要作者Sila Rizalar博士解釋說?！斑@和共享運(yùn)輸途徑一樣鮮為人知?！?/div>
基礎(chǔ)研究的新發(fā)現(xiàn)有一天可能會對臨床應(yīng)用有用。畢竟，當(dāng)神經(jīng)元之間的接觸點(diǎn)被破壞時，無論是由于疾病、事故還是衰老過程，了解軸突運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制和所涉及的關(guān)鍵蛋白質(zhì)是很重要的，以便進(jìn)行治療干預(yù)。“理想情況下，恢復(fù)或增強(qiáng)軸突運(yùn)輸以促進(jìn)神經(jīng)元再生或?qū)顾ダ鲜强赡艿摹！?/div>
雖然研究人員現(xiàn)在已經(jīng)解開了突觸形成的關(guān)鍵機(jī)制，但許多問題仍然沒有得到解答，例如新發(fā)現(xiàn)的運(yùn)輸細(xì)胞器是如何形成的，它們是由什么組成的，以及它們?nèi)绾螌⑺鼈兊呢浳?突觸分子-運(yùn)送到目的地。這也提出了一個問題，也許，終身記憶是否使用與形成突觸相同的軸突運(yùn)輸機(jī)制來存儲。
參考資料
[1] Phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate facilitates axonal vesicle transport and presynapse assembly
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